一种新能源车电池防护架用热轧钢带的生产方法与流程

本发明属于热轧钢带生产，具体涉及一种新能源车电池防护架用热轧钢带的生产方法，尤其适用于制备兼具高强度、高韧性、优良成形性及抗冲击性能的新能源车动力电池防护架专用热轧钢带。

背景技术：

1、随着新能源汽车行业的快速发展，动力电池作为核心部件，其安全防护性能直接决定整车安全等级。电池防护架作为动力电池的核心防护结构，需具备高强度、高韧性、优异的冷弯成形性、抗冲击性及耐腐蚀性，同时要求钢带内部组织均匀、无明显缺陷、尺寸精度高，以满足防护架冲压、折弯、焊接等加工需求，且在车辆碰撞、颠簸工况下有效抵御外力冲击，避免电池包受损。

2、目前，传统车用结构钢热轧钢带存在以下技术缺陷，无法适配新能源车电池防护架的使用要求：

3、1.成分设计不合理，碳含量偏高或合金元素配比失衡，导致钢带强度达标但塑性、韧性不足，冷弯加工时易出现开裂、回弹量大，成形精度差；

4、2.热轧工艺参数控制粗放，加热、轧制、冷却温度波动大，易造成钢带晶粒粗大、组织不均，出现混晶、带状组织等缺陷，力学性能波动范围大，抗冲击性能薄弱；

5、3.钢水纯净度控制不佳，夹杂物含量高、尺寸偏大，且表面氧化铁皮去除不彻底，影响钢带表面质量及焊接性能，后续加工易产生裂纹；

6、4.现有生产工艺未针对电池防护架的工况特性优化，钢带的综合力学性能难以兼顾强度与韧性，无法满足新能源汽车电池防护的严苛安全标准，且成材率低、生产成本高。

7、经检索，现有技术中已公开了若干与电池用钢带相关的专利文献，但均存在各自的不足：

8、cn116287946a公开了一种电池壳体用钢带的生产方法，其化学成分（质量%）为c0.003~0.006%、si≤0.03%、mn 0.35~0.45%、ti 0.040~0.050%，工艺流程为铁水预处理→转炉冶炼→lf精炼→rh处理→连铸→热轧→酸洗→冷轧→连续退火→精整。该方案为超低碳设计，追求深冲性能和低各向异性，但屈服强度仅为230~280mpa，无法满足电池防护架的抗冲击需求。此外，该方案包含冷轧及退火工序，流程长、成本高，且冷轧钢带在抗冲击韧性方面弱于热轧钢带。

9、cn118880189a公开了一种预镀镍电池壳钢带及其制造方法，其成分为c 0.002~0.005%、mn 0.10~0.30%、ti 0.035~0.055%，核心思路为超低碳+低温退火+预镀镍，工艺包含热轧、冷轧、低温退火、电镀镍等。该方案面向电池壳的耐腐蚀性与镀层附着力问题，强度极低，且包含电镀工序，与本发明面向电池防护架的高强度纯热轧钢带完全不同。

10、cn121518946a公开了一种新能源汽车电池包壳体用超高强钢及其制备方法，其成分为c 0.32~0.35%、si 0.45~0.65%、mn 1.5~1.7%、cr 1.15~1.35%、mo 0.55~0.75%、nb0.04~0.06%、ti 0.02~0.03%、b 0.0025~0.0050%，性能目标为屈服1210~1290mpa、抗拉≥1600mpa，但延伸率仅≥12.5%，塑性差、冷弯易开裂，无法满足防护架复杂冲压成形和焊接需求。此外，该方案采用高合金设计，成本高昂，且包含冷轧、退火、镀锌等工序。

11、cn121344454a公开了一种新能源汽车电池架用超高强钢带的生产方法，其工艺流程为钢水冶炼→连铸→热轧→酸洗切边→冷轧→连续退火→卷取，核心在于利用连退产线快冷淬火段后续的过时效段进行回火调控。该方案同样为热轧+冷轧+退火的多工序复杂工艺，成本高、流程长。

12、cn117230377a公开了一种新能源电动汽车电池组支撑架用钢及其生产方法，其核心创新点在于精炼工序的渣系调控—通过“铁水预脱硫渣用于低硫钢在精炼末期改渣系以实现增硫的目的”和“精炼末期更换渣系、间歇式喂入硅钙线相结合”来控制a类硫化物形态和分布。该方案聚焦于冶金精炼环节的渣系控制技术，并未涉及热轧全流程的控轧控冷工艺，也未公开本发明的中低碳+nb-ti复合微合金化成分设计与三段式层流冷却的协同技术方案。

13、cn1401807a公开了一种电池壳用极薄钢带及其生产方法，采用mn固溶强化复合添加微量nb和ti，卷取温度650~720℃，热轧后经酸洗、冷轧、连续退火。该方案虽涉及nb-ti复合微合金化，但其卷取温度（650~720℃）显著高于本发明的580~620℃，且包含冷轧及退火工序，最终产品为冷轧退火钢带而非热轧钢带。

14、综上所述，现有技术中尚不存在一种针对电池防护架使用需求、采用纯热轧全流程控轧控冷工艺、在保证强度的同时兼具优异塑性和成形性的热轧钢带生产方法。亟需研发一种适配新能源车电池防护架使用需求、工艺可控、性能稳定、综合力学性能优异的热轧钢带生产方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有热轧钢带生产技术的不足，提供一种新能源车电池防护架用热轧钢带的生产方法。本发明跳出超低碳深冲钢和高碳超高强钢的现有技术路径，创造性地提出中低碳+mn-nb-ti复合微合金化成分设计与全流程控轧控冷工艺协同的技术方案，通过优化钢水化学成分、精细化控制全流程热轧工艺参数、提升钢水纯净度与组织均匀性，制备出兼具高屈服强度、高抗拉强度、优良延伸率和冷弯性能的热轧钢带，满足新能源车电池防护架的加工与使用要求，同时采用纯热轧工艺，无需冷轧、退火、镀层等后处理工序，大幅提高生产成材率，降低生产成本。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一个方面，本发明提供一种新能源车电池防护架用热轧钢带的生产方法，包括以下步骤：

4、（1）钢水冶炼与连铸

5、采用铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸的工艺流程，严格控制钢水化学成分及纯净度；按重量百分比计，钢水化学成分控制为：c 0.08%~0.12%，si 0.20%~0.35%，mn1.20%~1.50%，p≤0.015%，s≤0.010%，als 0.020%~0.040%，nb 0.020%~0.035%，ti 0.010%~0.020%，余量为fe及不可避免的杂质；铁水预处理采用脱硫处理，使铁水s含量≤0.005%；转炉冶炼采用顶底复吹工艺，终点碳含量控制在0.05%~0.08%，出钢温度1680℃~1720℃；炉外精炼采用rh+lf双联精炼，精炼后钢水氧含量≤20ppm，氮含量≤30ppm，夹杂物尺寸≤5μm；连铸采用全保护浇铸，连铸坯厚度为220~250mm，连铸拉速0.8~1.2m/min，连铸坯表面无裂纹、夹渣、气泡缺陷。

6、本发明中，nb与ti微合金元素复合添加，通过析出强化与细晶强化协同作用细化钢带晶粒。nb元素在热轧过程中抑制奥氏体再结晶，细化变形奥氏体晶粒，并在冷却和卷取过程中形成nb(c,n)析出物，产生显著的析出强化效果。ti元素固定钢中自由氮原子，避免氮化物沿晶界析出导致的韧性下降，同时形成细小的tin和tic颗粒，进一步细化晶粒。通过nb、ti复合添加产生的协同效应，实现了细晶强化与析出强化的最优匹配。

7、（2）铸坯加热

8、将连铸坯送入步进式加热炉进行加热，采用分段加热工艺：预热段温度650℃~750℃，加热一段温度1050℃~1150℃，加热二段温度1220℃~1260℃，均热段温度1200℃~1230℃，总加热时间240~300min，均热时间60~90min；确保铸坯加热均匀，无过热、过烧现象，奥氏体化充分，nb、ti等合金元素充分固溶，为后续控轧控冷提供均匀的初始组织。

9、（3）高压水除鳞

10、加热后的铸坯出炉后，立即采用高压水除鳞，除鳞压力18~22mpa，除鳞次数2~3次，彻底去除铸坯表面氧化铁皮，避免氧化铁皮压入钢带内部，保证钢带表面质量，为后续酸洗工序减轻负担。

11、（4）热连轧

12、热连轧分为粗轧与精轧两个阶段，全程采用控轧工艺，严格控制轧制温度与压下率：

13、（1）粗轧：粗轧入口温度1150℃~1180℃，采用5道次轧制，总压下率80%~85%，单道次压下率15%~25%，粗轧出口厚度30~35mm；粗轧阶段在奥氏体再结晶区进行，通过多道次大压下变形，使奥氏体晶粒充分细化；

14、（2）精轧：精轧入口温度1000℃~1050℃，终轧温度880℃~920℃，采用7机架连轧，总压下率85%~90%，精轧后钢带厚度2.0~6.0mm；精轧过程采用agc自动厚度控制，确保钢带厚度公差≤±0.05mm，板形平直。终轧温度严格控制在奥氏体单相区，避免两相区轧制造成的混晶组织，保证钢带组织均匀性。

15、（5）层流冷却

16、精轧后的钢带采用分段式层流冷却工艺，分为前段快速冷却、中段稳冷、后段缓冷三个阶段：前段冷却速率20~25℃/s，冷却至720℃~750℃；中段冷却速率10~15℃/s，冷却至620℃~650℃；后段冷却速率5~8℃/s，冷却至卷取温度；冷却过程采用边部遮蔽技术，控制钢带横向温差≤15℃，避免组织不均与内应力过大。层流冷却采用水冷+空冷结合方式，精准控制冷却速率，使钢带形成均匀的铁素体+珠光体组织，晶粒尺寸控制在5~8μm，兼顾强度与塑性。

17、（6）卷取

18、层流冷却后的钢带进行卷取，卷取温度580℃~620℃，卷取张力120~150kn，卷取速度8~12m/s，卷取后钢带自然冷却至室温，得到热轧钢带卷。

19、（7）后续精整

20、热轧钢带卷经酸洗、平整、剪切精整，去除表面氧化铁皮，调整钢带平整度与表面粗糙度，最终得到新能源车电池防护架用热轧钢带成品。

21、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

22、1.综合力学性能优异：通过中低碳+mn-nb-ti复合微合金化的成分设计与全流程控轧控冷工艺的协同优化，制备的热轧钢带屈服强度380~450mpa，抗拉强度520~600mpa，延伸率≥30%，冷弯180°无裂纹，兼具高强度与高韧性，完全满足电池防护架的抗冲击、成形加工需求；

23、具体的，相较于cn116287946a（屈服230~280mpa）强度大幅提升；相较于cn121518946a（延伸率仅≥12.5%）塑性和成形性显著改善；相较于cn121344454a、cn1401807a等冷轧退火方案，本发明的纯热轧钢带在抗冲击韧性方面具有先天优势。本发明实现了强度与塑性的优异平衡，这是现有技术均未能达到的技术效果。

24、2.组织与表面质量极佳：钢水经rh+lf双联精炼，纯净度高，氧含量≤20ppm、氮含量≤30ppm，夹杂物细小弥散（尺寸≤5μm）。高压水除鳞压力18~22mpa、2~3次除鳞，氧化铁皮去除彻底。三段式层流冷却配合边部遮蔽技术使钢带横向温差≤15℃，最终形成均匀的铁素体+珠光体组织，晶粒尺寸5~8μm，无带状组织、混晶等缺陷，表面光洁度高，焊接性能与加工适配性优异；

25、3.尺寸精度高：精轧采用agc自动厚度控制，厚度公差≤±0.05mm，板形平直，后续加工回弹量小，成形精度高，提升电池防护架的装配精度；

26、4.工艺可控性强、成材率高：本发明为纯热轧工艺（热连轧→层流冷却→卷取→精整），无需冷轧、退火、镀层等后处理工序。相较于cn116287946a、cn121344454a、cn121518946a、cn1401807a等包含冷轧及退火的工艺路线，本发明的工艺流程大幅缩短，设备投入和生产成本显著降低，生产成材率提升至95%以上，适合规模化工业生产。同时，纯热轧钢带在保持优异综合力学性能的同时，具有更好的抗冲击韧性，更适配电池防护架的安全防护需求；

27、5.适配性强：钢带厚度可在2.0~6.0mm范围内灵活调整（通过精轧总压下率控制），满足不同型号新能源车电池防护架的不同强度等级和结构设计需求，通用性强。